用分子对接方法预测HIV-1整合酶与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法(Docking)研究了HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程.为弄清金属离子在结合中所起的作用,选择含有一个Mg+2或不含Mg+2的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接.结果表明, Mg+2对稳定配体与受体的结合起了重要作用. 金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+2的整合酶受体对接,最优结合自由能为-45.19 kJ/mol. 当Mg+2失去后,整合酶的活性中心构象将发生变化,使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能(-24.35 kJ/mol)明显增加. 预测了未知的HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构, 并可对基于结构的抗HIV-1整合酶的药物设计提供重要信息.     

用分子模拟方法研究HIV-1整合酶与咖啡酰基类抑制剂的相互作用

用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法研究了一类咖啡酰基和没食子酰基类HIV-1整合酶抑制剂与整合酶之间的相互作用模式, 结果表明该类抑制剂分子上的两个侧链基团(咖啡酰基或没食子酰基)与整合酶的DDE基序之间的相互作用对抑制整合酶活性起到关键作用. 当侧链基团为没食子酰基时, 可以提高该类抑制剂与整合酶的结合能力. 采用线性相互作用能方法(LIE)计算了该类抑制剂与整合酶之间的结合自由能, 预测值与实验值相吻合, 均方根偏差RMSD为1.39 kJ•mol^-1, 以上结果可为基于结构的HIV-1整合酶抑制剂设计提供有用的信息.     

二酮酸类HIV-1整合酶抑制剂的定量构效关系

应用遗传函数分析法(GFA)和分子场分析法(MFA)对一系列二酮酸类整合酶抑制剂分别进行了二维和三维定量构效关系研究, 并对随机选择的5个化合物组成的测试集进行了预测, 外在预测的r2pred值分别达到0.987和0.759, 表明模型具有良好的预测能力, 同时利用药效团分析的方法, 验证了QSAR (quantitave structure-activity relationship)模型, 并概括了疏水作用对抑制剂活性的重要影响. 研究结果表明, 电性描述符(Apol)对活性有重要影响, 意味着抑制剂与金属离子的螯合作用, 同时空间和结构因素特别是疏水作用也对活性有重要作用. 利用这些规律进行了分子设计, 在理论上获得了一些具有较高抑制剂活性的新的二酮酸类衍生物, 并期待实验证实.     

人类免疫缺陷病毒整合酶二酮酸类抑制剂的三维药效团构建

应用遗传算法相似性程序(GASP), 以作用于I型人类免疫缺陷病毒(human immun-odeficiency virus type 1, HIV-1)整合酶(IN)的二酮酸类(diketoacids, DKAs)抑制剂构建药效团模型. 所选训练集分子均具有可靠的类药性特征及DKAs药效团特征. 尝试将抑制剂与药效团叠合后的构象和抑制剂与IN的对接构象进行叠合, 得到药效团模型与分子对接构象中IN残基的相对位置, 并基于抑制剂的药效团模型特征与周围IN氨基酸残基位置的匹配情况进行药效团特征的修改. 所得最优药效团由1个疏水特征、3对氢键特征和1个氢键供体特征组成. 该药效团的命中物质量(goodness of hit, GH)为0.56, 产出率(Y)达63.6%, 假阳性率(FP)为0.41%. 该药效团具有较好的置信度, 产出率较高而假阳性率较低, 可用于数据库搜索发现新的具有DKAs药效团特征的活性化合物, 也可为先导化合物的改造提供帮助.     

用分子对接方法研究HIV-1整合酶与病毒DNA的结合模式

用分子对接方法研究了HIV-1整合酶(Integrase, IN)二聚体与3’ 端加工(3’ Processing, 3’-P)前的8 bp及27 bp病毒DNA的相互作用, 并获得IN与27 bp病毒DNA的特异性结合模式. 模拟结果表明, IN有特异性DNA结合区和非特异性DNA结合区; IN二聚体B链的K14, R20, K156, K159, K160, K186, K188, R199和A链的K219, W243, K244, R262, R263是IN结合病毒DNA的关键残基; 并从结构上解释了能使IN发挥活性的病毒DNA的最小长度是15 bp. 通过分析结合能发现, IN与DNA稳定结合的主要因素是非极性相互作用, 而关键残基与病毒DNA相互识别主要依赖于极性相互作用. 模拟结果与实验数据较吻合.     

HIV-1整合酶链转移抑制剂的3D-QSAR、分子对接和分子动力学模拟研究

为了获得高活性、结构新颖的整合酶链转移(INST)抑制剂,本文采用Co MFA和Co MSIA两种方法对32个萘啶类INST抑制剂进行了三维定量构效关系研究,并建立了相关模型,其交叉验证系数分别为q~2=0. 809和q~2=0. 816,拟合验证系数分别为r~2=0. 998和r~2=0. 981,表明所建立的模型是可靠的且具有一定的预测能力。利用分子对接探讨小分子化合物与INST蛋白的相互作用模式,结果表明,萘啶类化合物主要通过疏水作用和氢键作用与INSTIs蛋白结合。最后通过分子动力学模拟进一步验证对接结果发现,对接的结合模式与分子动力学模拟得到的结果是一致的。本研究获得的综合模型和推论可以为开发有效的HIV INSTIs提供重要的理论信息。     

金属离子对HIV-1整合酶与硫氮硫扎平抑制剂作用模式影响的分子模拟研究

HIV-1整合酶（IN）通过依赖金属离子的两步反应将病毒DNA整合入宿主细胞过程中。结合于HIV-1上的金属离子个数的变化直接影响整合酶与抑制剂之间的结合。本工作用同源模建方法搭建了每条单链核心区具有两个Mg2+ 的（2Mg-IN-Core）和具有一个Mg2+ 的HIV-1 IN二聚体核心区模型（1Mg-IN-Core）。分子对接分别得到它们与硫氮硫扎平类化合物能量较低的复合物结构,把对接结果进行了比较。研究发现：当整合酶中结合的Mg2+个数改变时,它与抑制剂的结合模式也会发生很大的变化;抑制剂能够特异的且稳定的与2Mg-IN-Core模型的活性位点结合;同时与ASP64和GLU152螯合的那个Mg2+离子对于硫氮硫扎平抑制剂与整合酶上的结合有很大的影响。2Mg-IN-Core模型与抑制剂的复合物平均结构进行了2000 ps的 分子动力学模拟,分析发现同时与ASP64及ASP116螯合的Mg2+与IN蛋白形成了四个稳定的螯合键;同时与ASP64及GLU152螯合的Mg2+可与IN结合、也可与抑制剂形成稳定的配位键,这个Mg2+对IN与硫氮硫扎平抑制剂之间的结合有较大影响。     

HIV-1整合酶与抑制剂金精三羧酸复合物的分子动力学模拟

用分子对接程序(Autodock)将含有一个Mg²⁺的HIV-1整合酶核心区(以下简称IN-A)与抑制剂小分子金精三羧酸(简称Aurin)进行对接,预测其未知的复合物结构,然后用分子动力学(MD)方法对IN-A与Aurin的对接结果进行了950 ps的模拟.MD模拟结果发现,IN-A与Aurin形成了两个稳定的氢键,Mg²⁺也与Aurin上的氧原子形成了稳定的配键,IN-A与Aurin之间的静电相互作用能和范德华相互作用能的平均值分别为-205.8和-162.7 kJ/mol.根据MD模拟得到的IN-A与Aurin相互作用后的构象变化信息,我们对对接复合物结构进行了修正,给出了更加合理和稳定的复合物预测结构.本工作得到的HIV-1整合酶与抑制剂Aurin的结合模式信息将有助于设计和改造出效果更好的抗HIV-1整合酶的先导化合物.     

用分子对接方法研究HIV-1融合酶与病毒DNA的结合模式

用分子对接方法研究了HIV-1整合酶（Integrase,IN）二聚体与3’端加工（3’Processing,3’-P）前的8bp及27bp病毒DNA的相互作用,并获得IN与27bp病毒DNA的特异性结合模式。模拟结果表明,IN有特异性DNA结合区和非特异性DNA结合区;IN二聚体B链的K14,R20,K156,K159,K160,K186,K188,R199和A链的K219,W243,K244,R262,11263是IN结合病毒DNA的关键残基;并从结构上解释了能使IN发挥活性的病毒DNA的最小长度是15bp。通过分析结合能发现,IN与DNA稳定结合的主要因素是非极性相互作用,而关键残基与病毒DNA相互识别主要依赖于极性相互作用．模拟结果与实验数据较吻合。     

HIV-1病毒DNA与整合酶结合后的构象变化

用分子动力学(MD)模拟方法优化了HIV-1病毒DNA与整合酶(IN)二聚体(IN2)复合物模型结构, 并分析了HIV-1病毒DNA结合IN2后的构象变化. 结果表明, 按照HIV-1病毒DNA与IN2结合能力的强度, 病毒DNA可分为五个区域: 非结合区、强结合区1、弱结合区、强结合区2和反应区, 并用结合自由能计算验证了该分区的合理性. 与未结合IN2的病毒DNA相比, 复合物模型中病毒DNA除了非结合区碱基外, 其它四个区域的碱基构象变化较大. 复合物模型中病毒DNA主链较大程度地偏离标准B型DNA以及结合部位的小沟变宽都是识别IN的结构基础. 模拟结果与实验数据吻合较好, 为基于HIV-1 IN的药物分子设计提供了一定的结构信息.     

Molecular Dynamics Simulation of HIV-1 Integrase Dimer Complexed with Viral DNA

The biological function of HIV‐1 integrase (IN) is to integrate viral DNA into the host cell chromosome, and the specific binding of IN with viral DNA is a precondition for IN to function correctly. Beforehand, the binding mode of IN dimer (IN₂) with the 27 bp segment of viral DNA before 3′ processing (3′‐P) was obtained via a molecular docking method. Based on the binding mode, the aim of this article was to explore the changes of motive mode and correlative motion for the IN₂ and DNA systems after their binding through dynamical cross‐correlation map (DCCM) and principal component analysis (PCA). Finally, solvent effect during the association was analyzed briefly. The results show that there is a significantly increased positive correlation in the interface region between IN₂ and viral DNA, and some obvious motive mode changes of the two systems (IN₂ and DNA) were also observed after their binding. It was found that water molecules played an important role in the recognition between IN₂ and viral DNA through analyzing the water‐mediated hydrogen bonds.     

HIV-1蛋白酶与抑制剂作用的结合自由能计算

HIV-1蛋白酶是治疗艾滋病的重要靶标酶之一. 采用分子动力学模拟, 运用MM-PBSA方法计算了HIV-1蛋白酶与三个抑制剂BE4, BE5和BE6的结合自由能, 结果表明抑制剂P₁/ 位置的苄基上双氟原子的不同位置对结合自由能产生不同的影响. 通过能量分解的方法考察了HIV-1蛋白酶的主要残基与三个抑制剂间的相互作用与识别, 结果表明三个抑制剂以相同的作用模式与HIV-1蛋白酶结合, 计算结果与实验结果基本吻合.     

EGFR和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间相互作用模式的研究

采用分子动力学和MM/PBSA相结合的方法预测了表皮生长因子受体和4-苯胺喹 啉类抑制剂的相互作用模式。在分子动力学采样的基础上,采用MM/PBSA的方法分 别预测了四种可能结合模式下表皮生长因子受体和4-苯胺喹唑啉类抑制剂间的结合 自由能。在MM/PBSA计算中,受体和抑制剂之间的非键相互作用能采用分子力学 (MM)的方法得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Possion- Boltzmanne (PB)方程的方法得到;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过 分子表面积计算(SA)的方法得到。计算表明,在四种结合模式下,表皮生长因子受 体和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间的结合自由能有较大的差别。在最佳的相互作用模 式中,抑制剂的苯胺部分位于活性口袋的底部,能够与受体残基的非极性侧链产生 很强的范德华和疏水相互作用。抑制剂喹唑啉环上的N(1)原子能够和Met-769上的 NH形成稳定的氢键,而抑制剂上的N(3)原子则和周围的一个水分子形成氢键。同时 ,抑制剂双环上的取代基团也能和活性口袋外部的部分残基形成一定的范德华和疏 水相互作用。最佳结合模式能够很好地解释已有抑制剂结构和活性间的关系。     

具有咖啡酰基和没食子酰基的β-二酮酸及喹噁啉酮类HIV整合酶抑制剂的设计合成及其对Cu2+的选择性识别

An efficient procedure for the synthesis of caffeoyl-and galloyl-containing β-diketoacid derivatives linked byarylamide was reported by,in the key step,dissolving the corresponding phenyl methyl ketone in THF/DME in thepresence of NaOMe as base and dimethyl oxalate as oxalylation reagent,and then separating the sodium ketoe-nolate ester.The resulting β-diketoacids underwent further condensation reaction with o-phenylenediamine to gen-erate quinoxalone derivatives in good yield,rather than 2-benzimidazol.The preliminary ion binding properties ofquinoxalone derivatives were also investigated.UV-Vis spectra showed that these compounds could selectively rec-ognize Cu~(2 )ion in ethanol and form a 1∶2 complex.     

Pharmacophore and Docking-based 3D-QSAR Studies on HIV-1 Integrase Inhibitors

Integrase（IN） plays an essential role in the process of HIV-1 replication.IN inhibitors of diketo acid derivatives（DKAs） were analysed by the Comparative Molecular Field Analysis（CoMFA） and Comparative Molecular Similarity Induces Analysis（CoMSIA） methods.A set of 42 compounds were randomly selected as the training set（35） and test set（7）.Firstly,a good pharmacophore（goodness of hit=0.787） was obtained and used to align ligands.Then,predictive models were constructed with the CoMFA and CoMSIA methods based on the pharmacophore alignment.As a result,the CoMS1A method yielded the best model with an r2 of 0.955 and a q2 of 0.665,which can predict the activities of the tested DKAs very well（r2=0.559）.Finally,DKAs were docked into IN,and the predicit modes were superimposed on the contour maps obtained from the best CoMSIA model.The superimposed maps gave a visualized and meaningful insight into the inhibitory behaviors,providing significantly useful information for the rational drug design of anti-IN agents.     

Building the Pharmacophore Model of HIV-1 Integrase Strand Transfer Inhibitors and Studying Their Inhibition Mechanism

The replication of HIV-1 requires the integration of its cyclic DNA into host DNA by HIV-1 integrase (IN), which includes two important reactions, 3'-processing and strand transfer, both catalyzed by HIV-1 IN. Disrupting either of the reactions will fulfill the purpose of inhibiting the replication of HIV-1. In this paper, pharmacophore modeling and molecular docking are employed to investigate the inhibition mechanism of the HIV-1 IN strand transfer inhibitors (INSTIs). Based on the results, we suggest that the inhibition mechanism of INSTIs involves the inhibitor chelating the cofactors Mg2+ and its forming hydrogen bonds with some crucial residues adjacent to the DDE active center.